云计算环境下软硬件节能和负载均衡策略

针对云计算服务环境下软硬件节能和负载均衡优化问题,提出一种自适应的云计算环境下虚拟机(VM)动态迁移软节能策略。该策略采用常用的硬件能耗感知技术——动态电压频率调节(DVFS)来实现分段优化的系统部件静态节能,又通过VM在线迁移技术实现云平台的动态自适应软件节能。在CloudSim云仿真平台下对比实现DVFS静态节能和自适应负载均衡的软节能策略,经PlanetLab云平台监测数据验证,结果表明：软硬结合的自适应能耗感知策略能够高效节能96%; DVFS+MAD_MMT节能策略(采用平均绝对偏差算法判定主机是否超载,基于最短迁移时间(MMT)原则选择VM移出)     

基于迁移技术的云资源动态调度策略研究

现有云资源管理平台存在着瞬时资源利用率峰值易引发迁移、动态负载效果不佳等问题。依据云资源动态调度模型,提出了有效的基于迁移技术的虚拟机动态调度算法。算法将物理节点负载与虚拟机迁移损耗评估、多次触发控制、目标节点定位三者有机结合,实现云计算数据中心高效的动态负载均衡。实验结果表明,该算法优于CloudSim的DVFS调度策略,在保证应用服务水平的同时能减少虚拟机迁移次数和物理机启用数量。     

云数据中心能量与热量感知的虚拟机合并与部署

动态的虚拟机合并是降低云数据中心能耗的有效手段,然而,激进的合并可能导致局部热点,影响系统可靠性.针对该问题,提出一种基于能量和热量感知的虚拟机合并算法.利用贪婪随机自适应搜索机制,在主动避免产生热点的情况下,可以进行动态的虚拟机合并决策,最小化数据中心计算系统和冷却系统的总体能耗.在现实负载流的仿真测试结果表明,该算...     

基于三支决策的虚拟机节能迁移策略

虚拟机迁移技术作为云计算中降低数据中心能耗的重要手段被广泛应用。结合三支决策的分、治、效模型提出一种基于三支决策的虚拟机迁移调度策略（TWD-VMM）。首先,通过建立层次阈值树搜索所有可能取到的阈值,由此以数据中心能耗为优化目标得到总能耗最低的一对阈值,从而实现三分区域,即高负载区域、中负载区域和低负载区域。其次,针对不同负载的主机采取不同的迁移策略：对于高负载主机,以主机预迁出后的多维资源均衡度和主机负载下降幅度为目标;对于低负载主机,主要考虑主机预放置后的多维资源均衡度;对于中等负载主机,如果迁移过来的虚拟机依旧满足中负载特性,则可以接受迁入。实验采用CloudSim模拟器进行,将TWD-VMM算法分别与基于阈值调度算法（TVMS）、基于虚拟机迁移节能调度算法（EEVS）、云计算中心节能调度算法（REVMS）算法在主机负载、主机多维资源利用均衡度、数据中心总能耗等方面进行比较,结果表明TWD-VMM算法在提高主机资源利用率、均衡主机负载等方面有明显效果,且能耗平均降低了27%。     

基于虚拟机动态迁移的负载均衡策略

针对数据中心由于异构节点资源利用率不均衡导致的负载均衡问题,本文提出了一种基于动态阈值的迁移时机判决算法与基于负载类型感知的选择算法相结合的虚拟机动态迁移选择策略.该策略先通过监控全局负载度与高低负载节点占比动态调整状态阈值,并结合负载评估值判断迁移时机;再分析虚拟机负载类型,依据虚拟机与节点资源的依赖度、虚拟机当前内存带宽比和虚拟机贡献度选择待迁移虚拟机,并根据虚拟机与目的节点的资源匹配度与迁移代价选择目的节点,实现对高负载与低负载节点的虚拟机动态调整,从而优化节点资源配置问题.实验结果表明,该策略可以有效减少虚拟机迁移次数并保证数据中心服务质量,最终改善数据中心的负载均衡能力.     

基于混合群智能的节能虚拟机整合方法

数据中心的虚拟机（virtual machine,VM）整合技术是当今云计算领域的一个研究热点.要在保证服务质量（QoS）的前提下尽可能地降低云数据中心的服务器能耗,本质上是一个多目标优化的NP难问题.为了更好地解决该问题,面向异构服务器云环境提出了一种基于差分进化与粒子群优化的混合群智能节能虚拟机整合方法（HSI-VMC）.该方法包括基于峰值效能比的静态阈值超载服务器检测策略（PEBST）、基于迁移价值比的待迁移虚拟机选择策略（MRB）、目标服务器选择策略、混合离散化启发式差分进化粒子群优化虚拟机放置算法（HDH-DEPSO）以及基于负载均值的欠载服务器处理策略（AVG）.其中,PEBST,MRB,AVG策略的结合能够根据服务器的峰值效能比和CPU的负载均值检测出超载和欠载服务器,并选出合适的虚拟机进行迁移,降低负载波动引起的服务水平协议违约率（SLAV）和虚拟机迁移的次数;HDH-DEPSO算法结合DE和PSO的优点,能够搜索出更优的虚拟机放置方案,使服务器尽可能地保持在峰值效能比下运行,降低服务器的能耗开销.基于真实云环境数据集（PlanetLab/Mix/Gan）的一系列实验结果表明：HSI-VMC方法与当前主流的几种节能虚拟机整合方法相比,能够更好地兼顾多个QoS指标,并有效地降低云数据中心的服务器能耗开销.     

基于动态调整阈值的虚拟机迁移算法

针对当前数据中心服务器能耗优化和虚拟机迁移时机合理性问题,提出一种基于动态调整阈值（DAT）的虚拟机迁移算法。该算法首先通过统计分析物理机历史负载数据动态地调整虚拟机迁移的阈值门限,然后通过延时触发和预测物理机的负载趋势确定虚拟机迁移时机。最后将该算法应用到实验室搭建的数据中心平台上进行实验验证,结果表明基于DAT的虚拟机迁移算法比静态阈值法关闭的物理机数量更多,云数据中心能耗更低。基于DAT的虚拟机迁移算法能根据物理机的负载变化动态迁移虚拟机,达到提高物理机资源利用率、降低数据中心能耗、提高虚拟机迁移效率的目的。     

数据中心中能量与QoS保障的虚拟机部署

针对已有虚拟机部署方法侧重于优化数据中心能耗,而忽略QoS保障的问题,提出一种基于能量与多维度QoS保障的虚拟机部署算法。建立虚拟机部署的QoS模型,设计一种通用QoS效用函数,实现不同形式QoS的标准量化。并在此基础上,将虚拟机部署问题形式化为满足全局QoS保障的同时能耗最小化问题。设计一种基于改进粒子群算法的虚拟机部署策略对优化问题进行求解。该策略通过相关参数和进化操作的重新定义,以及局部适应度优先的粒子位置更新机制,实现能耗与全局QoS保障的均衡优化。对算法进行了仿真实验分析,结果表明,该算法不仅在能耗与全局QoS保障性能上是优于同类算法的,并且在稳定性和可扩展性方面也具有较好的性能表现。     

一种基于QoS的云负载均衡机制的研究

提出一种基于QoS的云负载均衡机制,即:构建QoS模型和云资源模型;建立资源度量与QoS属性之间的映射;对虚拟机实例负载状况和虚拟机集群资源利用状况进行量化评估;感知用户的QoS并对比所监控的云节点的资源度量情况,根据对比结果,通过任务调度算法和弹性伸缩算法分别实现任务的分发和虚拟机集群的弹性伸缩,最终达到优化的负载均衡的目的.通过模拟试验,结果表明本方法与Round robin算法相比,有更好的负载均衡效果.     

云环境下基于模糊隶属度的虚拟机放置算法

虚拟机放置问题是云数据中心资源调度的核心问题之一,它对数据中心的性能、资源利用率和能耗有着重要的影响。针对此问题,以降低数据中心能耗、改善资源利用率和保证服务质量(QoS)为优化目标,借助模糊聚类的思想提出了一种基于模糊隶属度的虚拟机放置算法。首先,结合物理主机过载概率和虚拟机与物理主机之间的相适性放置关系,提出了新的距离度量方法;然后,根据模糊隶属度函数计算得出虚拟机与物理主机之间的相适性模糊隶属度矩阵;最后,借助能耗感知机制,在模糊隶属度矩阵中进行局部搜索从而获得迁移虚拟机的最优放置方案。仿真实验结果表明,提出的算法在降低云数据中心能耗、改善资源利用率和保证QoS方面表现比较优异。     

A dynamic VM consolidation technique for QoS and energy consumption in cloud environment

Cloud-based data centers consume a significant amount of energy which is a costly procedure. Virtualization technology, which can be regarded as the first step in the cloud by offering benefits like the virtual machine and live migration, is trying to overcome this problem. Virtual machines host workload, and because of the variability of workload, virtual machines consolidation is an effective technique to minimize the total number of active servers and unnecessary migrations and consequently improves energy consumption. Effective virtual machine placement and migration techniques act as a key issue to optimize the consolidation process. In this paper, we present a novel virtual machine consolidation technique to achieve energy–QoS–temperature balance in the cloud data center. We simulated our proposed technique in CloudSim simulation. Results of evaluation certify that physical machine temperature, SLA, and migration technique together control the energy consumption and QoS in a cloud data center.     

基于自适应过载阈值选择的虚拟机动态整合方法

针对云环境下动态工作负载的不确定性,提出了基于自适应过载阈值选择的虚拟机动态整合方法。为了权衡数据中心能源有效性与服务质量间的关系,将自适应过载阈值的选择问题建模为马尔可夫决策过程,计算过载阈值的最优选择策略,并根据系统能效和服务质量调整阈值。通过过载阈值检测过载物理主机,然后根据最小迁移时间原则以及最小能耗增加放置原则确定虚拟机的迁移策略,最后切换轻负载物理主机至休眠状态完成虚拟机整合。仿真实验结果表明,所提出的方法在减少虚拟机迁移次数方面效果显著,在节约数据中心能源开销与保证服务质量方面表现良好,在能源的有效性与云服务质量二者之间取得了比较理想的平衡。     

云数据中心能效可靠的虚拟机部署

优化虚拟机部署是降低云数据中心能耗的有效方法,但是,过度对虚拟机部署进行合并可能导致主机机架出现热点,影响数据中心提供服务的可靠性。提出一种基于能效和可靠性的虚拟机部署算法。综合考虑主机利用率、主机温度、主机功耗、冷却系统功耗和主机可靠性间的相互关系,建立确保主机可靠性的冗余模型。在主动避免机架热点情况下,实现动态的虚拟机部署决策,在降低数据中心总体能耗前提下,确保主机服务可靠性。仿真结果表明,该算法不仅可以节省更多能耗,避免热点主机,而且性能保障上也更好。     

基于模糊动态阈值机制的能效虚拟机合并决策方法

动态虚拟机合并是云数据中心改善功耗和资源利用率的有效方法,但负载变化使数据中心较难维持服务等级协议SLA和最优能效.针对该问题,提出一种模糊动态阈值方法对虚拟机合并过程进行决策,在动态负载环境下实现最小化的虚拟机迁移量.该算法利用模糊推理系统动态调整主机资源利用阈值,使得超载主机上的虚拟机迁移大幅降低,并可以满足服务等...     

Novel resource allocation algorithms to performance and energy efficiency in cloud computing

The rapid growth in demand for computational power has led to a shift to the cloud computing model established by large-scale virtualized data centers. Such data centers consume enormous amounts of electrical energy. Cloud providers must ensure that their service delivery is flexible to meet various consumer requirements. However, to support green computing, cloud providers also need to minimize the cloud infrastructure energy consumption while conducting the service delivery. In this paper, for cloud environments, a novel QoS-aware VMs consolidation approach is proposed that adopts a method based on resource utilization history of virtual machines. Proposed algorithms have been implemented and evaluated using CloudSim simulator. Simulation results show improvement in QoS metrics and energy consumption as well as demonstrate that there is a trade-off between energy consumption and quality of service in the cloud environment.     

云数据中心考虑虚拟机关联性的虚拟机放置策略

提出云数据中心考虑虚拟机关联性的虚拟机放置策略.在物理主机状态检测和虚拟机选择阶段,采用鲁棒局部归约主机检测方法LRR(Local Regression Robust)和最小迁移时间选择方法MMT(Minimum Migration Time);在虚拟机放置阶段,采用多重相关系数来评价虚拟机之间的关联性.该策略在重新分...     

Adaptive Markov-based approach for dynamic virtual machine consolidation in cloud data centers with quality-of-service constraints

Dynamic virtual machine (VM) consolidation is one of the emerging technologies that has been considered for low-cost computing in cloud data centers. Quality-of-service (QoS) assurance is one of the challenging issues in the VM consolidation problem since it is directly affected by the increase of resource utilization due to the consolidations. In this paper, we take advantage of Markov chain models to propose a novel approach for VM consolidation that can be used to explicitly set a desired level of QoS constraint in a data center to ensure the QoS goals while improving system utilization. For this purpose, an energy-efficient and QoS-aware best fit decreasing algorithm for VM placement is proposed, which considers QoS objective when determining the location of a migrating VM. This algorithm employs an online transition matrix estimator method to deal with the nonstationary nature of real workload data. We also propose new policies for detecting overloaded and underloaded hosts. The performance of our proposed algorithms is evaluated through simulations. The results show that the proposed VM consolidation algorithms in this paper outperforms the benchmark algorithms in terms of energy consumption, service-level agreement violations, and other cost factors.     

一种迁移开销感知的虚拟机动态整合算法

现有的以降低能耗为目标的虚拟机动态整合算法通常忽略了虚拟机迁移所带来的消极影响,导致虚拟机的动态整合虽然减少了数据中心的能耗,但不合理的虚拟机迁移次数较多,极有可能增加了SLA（Service Level Agreements）的违例率。针对上述问题,提出了一种迁移开销感知的虚拟机动态整合算法MigCAP（Migration Cost Aware Policy）,定义了迁移收益参数EMP,MigCAP算法通过EMP值的大小来决定是否需要进行虚拟机的迁移,避免了不合理的虚拟机迁移的发生。实验结果表明,MigCAP算法与现有的其他虚拟机动态整合算法相比,能够在有效减少能耗和降低SLA违例率的基础上,显著减少虚拟机迁移次数。